专家谈诺奖化学奖为什么颁给了生物学工具

今年的诺贝尔奖化学奖,颁给了埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(EmmanuelleCharpentier)和詹妮弗·杜德纳(JenniferAnneDoudna),以表彰她们开发了一种基因组编辑的方法。

“理综奖”为什么又双叕颁给了生物领域?基因编辑技术的研究进展如何?频频被cue的张锋,是否真的错失诺奖?我们联系了几位科学家,听一听他们对诺贝尔化学奖的看法。

高宁:

张锋没拿奖挺可惜,但也说得过去

北京大学生命科学学院教授

真快啊!基因编辑技术从年发展至今,短短几年就拿到了诺奖,速度非常快。

但这也不意外,这一直都是诺奖预测里的热门。CRISPR是一个普适性很高的实验和治疗工具,可以和PCR媲美。可以说,这个技术彻底改变了整个生物学,促进了各个学科的发展;它作为一个切割DNA的基础工具,让研究者可以对任何感兴趣的基因进行编辑。另一方面,有些单基因突变的遗传疾病,目前也正在尝试用基因编辑技术进行治疗。

基因编辑技术已经开始应用于镰刀型红细胞疾病

cnx.org

至于颁发的是化学奖,其实也说得过去。之前很多结构生物学的研究也都获得了化学奖;而且,化学的很大一部分也是以生物分子作为研究对象。

基因编辑技术还会不断发展。这几年,有非常多的实验室都在改进这个技术;现在甚至还可以对RNA进行编辑。而且,应用范围也在不断扩宽。年,张锋开发了基于这一技术的病原体检测技术,类似的技术也应用到了今年的新冠疫情中。

和CRISPR技术密不可分的另一个人是MIT的张锋,他这次没有拿奖挺可惜的,但也说得过去。从科学原创性上,张锋不如这次的两位诺奖得主,但他将这项技术发挥到了极致。最初杜德纳她们的文章只是提出了这种基因编辑的可能性,但张锋等人将其首次实现了出来,并开发了各种应用版本,使其效率更高,应用更广。

陈凯:

我感到遗憾的,是这位教授没拿奖

加州大学伯克利分校詹妮弗·杜德纳组博士后

(果壳:作为杜德纳组的成员,你们对这个结果意外吗?)CRISPR一直是诺贝尔奖的热门选项,大家每年都在期待。至于拿到的是化学奖,我觉得很合理。因为这两位教授的主要贡献,就是阐释了CRISPR执行功能时在分子层面的机理,从而开发出基因编辑工具,这属于化学范畴的。

这个工具用来做基因编辑太强大了。往前二三十年,也一直在发展基因编辑的手段,但是最大的问题是怎么精准定位到目标基因位点。之前的工具,比方说用锌指蛋白定位结合核酸内切酶也能实现基因编辑,但没法方便地更换基因位点。CRISPR之所以强大,就在于它用了一段RNA来定位目标基因,这段RNA可以随意更换,让整个工具变得更程序化、更灵活。也是因为这个工具使用简单,因而从年第一篇文章起,整个领域基本上呈现了爆发性的发展。

杜德纳实验组也一直在对这个技术进行改进。比方说,原始的CRISPR-Cas9会由于RNA定位偏差而出现脱靶效应,现在通过改进,可以大幅降低脱靶效应。同时还发现了一些新的系统,除了最开始的Cas9,后面又找到了Cas12的一系列酶,机理上有一定不同,但还是用以切割DNA;还有Cas13则用于切割RNA。基于Cas12和Cas13的开发以及机制研究,又发展出了新的工具用于快速检测病毒,效率可以达到几分钟检测一个样品,并且用到了现在的新冠病毒检测中。

维尔吉尼尤斯·希克什尼斯

WikimediaCommons

张锋没有拿到诺奖,我并不意外。虽然他也确实对这个领域贡献很大,但毕竟他的很多发现都在杜德纳她们之后。相比之下,我感到遗憾的是一位叫维尔吉尼尤斯·希克什尼斯(Virginijus?ik?nys)的教授。圈外的人可能不知道他,他的工作,基本上与杜德纳团队年发表于《科学》那篇研究一样;并且从时间线来说,应该也是差不多同时进行,而非工作跟进的形式。他也是最早阐明Cas9切割DNA的科学家之一,并且在年与卡彭蒂耶和杜德纳共享了科维理奖中的纳米科学奖,这是少有的给了这位教授认可的奖项。

只能说,科研有时候也确实需要运气吧。

孙亚飞:

拿奖不意外,但没想到是化学奖

清华大学化学系博士生、科普作家

CRISPR拿奖,我不觉得意外,但没想到会是化学奖。应该说,CRISPR是化学方法,生物应用。

从某种意义上说,在基因编辑领域CRISPR承担了“上帝”的工作。这两位发现了基因编辑的方法,这个方法当然还是很“化学”的;但是,它之所以能产生这么大的影响,是因为它的应用领域是基因编辑。如果抛开生物应用来看这个方法,还是会有一些争议。

CRISPR成为近几年的热门话题,其实验伦理也广受


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